Appunti metabolismo - biochimica

Regolazione covalente di glicogeno fosforilasi e fosforilasi chinasi

AMP.Nel fegato un effettore allosterico è il glucosio che legandosi all’enzima fosforilatofavorisce la transizione alla forma defosforilata inattiva, infatti il compito del fegato èmantenere l’omeostasi per cui in alte concentrazione di glucosio deve essere favoritala sintesi del glicogeno.

La glicogeno fosforilasi è soggetta ad una modulazione di tipo covalente mediantefosforilazione/defosforilazione, la fosforilazione avviene a livello di residuiamminoacidici che abbiano un gruppo ossidrilico nella catena laterale ed è catalizzatada una proteina chinasi. L’enzima fosforilasi chinasi che provoca la fosforilazione dellaglicogeno fosforilasi è anche esso un enzima soggetto a fosforilazione, è composto da4 subunità, α β γ e δ, ognuna presente in numero di 4, per un totale di 16 subunità, diqueste 4 subunità la δ.

è una proteina particolare detta calmodulina. La subunità γ invece è quella catalitica e la subunità β possiede un sito di fosforilazione. La proteinachinasi che catalizza la fosforilazione della fosforilasi chinasi e quindi la sua attivazione, che poi andrà a fosforilare e attivare la glicogeno fosforilasi, è la PKA, che risente dei livelli di AMP ciclico e dell’azione di ormoni come glucagone e adrenalina che agiscono favorendo la sintesi di AMP ciclico. Quindi glucagone e adrenalina favoriscono la demolizione del glicogeno. Mentre la reazione di defosforilazione è catalizzata dalla fosfoproteina fosfatasi 1 che è sotto il controllo dell’insulina.

Funzione di calmodulina: Delle quattro subunità della fosforilasi chinasi, la δ è una proteina, la calmodulina, la cui funzione viene modulata dai livelli di calcio, infatti questo si può legare alla calmodulina e questo legame ne cambia la conformazione.

La concentrazione di calcio viene solitamente mantenuta bassa all'interno della cellula mentre nell'ambiente extracellulare e in alcuni distretti intracellulari, come nel reticolo endoplasmatico, è superiore alla concentrazione citoplasmatica. Questo fa sì che determinati segnali inducano l'apertura dei canali per il calcio permettendo così l'entrata di questo ione nel citoplasma. Un aumento della concentrazione di calcio citoplasmatica si può avere, ad esempio, durante la contrazione del muscolo. Quindi, il calcio si lega alla calmodulina causando un cambiamento conformazionale che fa sì che essa vada ad interagire con altre proteine, causandone l'attivazione o l'inattivazione. Nel caso della fosforilasichinasi, essendo la calmodulina parte di questo enzima, quando i livelli di calcio aumentano a seguito della contrazione muscolare, vuol dire che il glicogeno deve essere degradato per essere usato nella via glicolitica.

Il muscolo sta usando ATP. Il calcio si lega alla calmodulina e determina una parziale attivazione della fosforilasi chinasi e la rende suscettibile alla fosforilazione da parte di una proteina chinasi che ne determina l'attivazione, a questo punto la fosforilasi chinasi attiva va ad attivare la glicogeno fosforilasi, attivandola e favorendo la degradazione del glicogeno.

Regolazione mediante fosforilazione multipla di glicogeno sintasi

Anche la glicogeno sintasi è soggetta ad un fenomeno di regolazione mediante fosforilazione/defosforilazione, la fosforilazione porta all'inattivazione dell'enzima mentre la defosforilazione porta alla forma attiva dell'enzima. La glicogeno sintasi è soggetta ad un processo di fosforilazione multipla, da parte di più chinasi che sono la PKA, la fosforilasi chinasi e la glicogeno sintasi chinasi 3 che media in parte l'effetto dell'insulina mentre la defosforilazione avviene ad opera della fosfoproteina fosfatasi 1.

Nel complesso si tratta di un sistema a cascata. Il punto di partenza per la fosforilazione è rappresentato dall'attivazione della PKA che si realizza grazie ad un aumento della concentrazione di cAMP, la PKA attiva va a fosforilare la glicogenosintasi inattivandola, su questa può agire anche la fosforilasi chinasi e la GSK 3 e tutte queste fosforilazioni portano ad una inattivazione della sintasi. Tutte queste fosforilazioni avvengono a livello di residui di serina situati in siti diversi dell'enzima. Regolazione di fosfoproteina fosfatasi: inibitore 1 Abbiamo detto che il processo di defosforilazione avviene ad opera di un solo enzima ossia la fosfoproteina fosfatasi 1, per cui se questa è attiva verrà favorita la sintesi del glicogeno. È un enzima che viene regolato a vari livelli, un sistema di regolazione si realizza mediante l'inibitore 1, una proteina che si può presentare in una forma fosforilata e in una forma defosforilata.

se questa proteina è fosforilata si va ad associare alla PP1 inibendola. La fosforilazione dell'inibitore 1 avviene ad opera della PKA a livello di un residuo treonina

Regolazione di fosfoproteina fosfatasi 1 da parte di subunità G

La fosfoproteina fosfatasi 1 nel muscolo, per agire deve legarsi a dei granuli di glicogeno, in quanto i substrati su cui deve agire si trovano essi stessi legati a granuli di glicogeno e non sono liberi nel citoplasma. Per far sì che la fosfoproteina si leghi a questi granuli si deve prima legare a una proteina, la proteina Gm, a determinare la loro associazione è lo stato di fosforilazione della proteina G.

Effetto di insulina e glucagone

La fosforilazione della proteina G è dovuta all'azione dell'insulina che legandosi al suo recettore che induce delle segnalazioni che portano all'attivazione di una chinasi, chinasi insulino sensibile, che va a fosforilare questa proteina G favorendo la sua interazione con PP1.

In questo modo può agire sui substrati defosforilandoli e quindi favorendo la sintesi del glicogeno. Quando viene prodotta l'adrenalina, questa va ad attivare la PKA che fosforila la proteina G al dominio 2 (prima era l'1) e questa fosforilazione al nuovo sito determina la dissociazione dalla proteina G del PP1 che quindi viene rilasciata dai granuli di glicogeno, inibendo la sintesi del glicogeno. Quindi l'adrenalina esercita due meccanismi di inibizione sulla PP1, da una parte la PKA determina la fosforilazione dell'inibitore 1 che legandosi con la PP1 la inattiva, dall'altro sempre la PKA, fosforilando nel dominio 2 la proteina G determina il distacco della PP1 dai granuli di glicogeno e quindi inattivazione.

Effetto allosterico del glucosio su glicogeno fosforilasi del fegato: meccanismo. Aumentando i livelli di glucosio ematico si ha la transizione dalla forma fosforilata alla forma defosforilata della glicogeno fosforilasi del fegato, tuttavia

l'inattivazione dellaglicogeno fosforilasi non avviene contemporaneamente all'attivazione della glicogenosintasi, infatti questa viene attivata solo quando tutta la fosforilasi è stata inattivata. Questo è dovuto al fatto che anche nel fegato i substrati della fosfoproteina fosfatasi 1 sono legati a dei granuli di glicogeno e anche in questo caso la PP1 deve associarsi ad una proteina G per potersi associare a questi granuli, però quando la fosforilasi è attiva la fosfatasi viene sequestrata dalla stessa fosforilasi e ciò impedisce l'azione della PP1 in quanto i gruppi fosforici sono fuori dalla portata dell'enzima. Quando aumentano i livelli di glucosio, questo essendo un effettore allosterico, va a legarsi alla fosforilasi determinandone un cambiamento conformazionale, che porta i gruppi fosforici ad essere aggredibili dalla PP1 e quindi la fosforilasi passa dalla forma fosforilata alla forma defosforilata. Adesso la PP1 non ha

più affinità per la fosforilasiinattiva e può quindi agire sugli altri substrati, in particolare sulla sintasi. Questospiega il lasso di tempo.

Insulina: recettore con attività tirosina chinasica

L’insulina è un ormone proteico composto da due catene unite tra di loro da pontidisolfuro intercatena e inoltre è presente un ponte disolfuro intracatena nella catena A.

Viene secreta dal pancreas in risposta ad alte concentrazioni di glucosio ematico edagisce legandosi ad un recettore specifico, questo recettore presenta due subunità αidentiche che guardano verso l’esterno della cellula e due subunità β che guardanoverso l’interno, si dice che è una struttura dimerica perché le due subunità alfa e ledue subunità beta sono unite da ponti disolfuro. L’insulina si lega a livello dellesubunità alfa, mentre le due subunità beta che guardano verso l’interno della

cellula presentano attività tirosin-chinasica, ossia sono in grado di fosforilare proteine a livello del residuo di tirosina. Quando l'insulina si lega al suo recettore, al sito costituito dalle due catene α, si determina un cambiamento conformazionale che si riflette a livello delle catene β, per cui questo dominio che esprime attività tirosin chinasica va a fosforilare la catena β adiacente, quindi si assiste ad un processo di autofosforilazione di tre residui di tirosina, su entrambe le subunità beta. Questa autofosforilazione determina un'attivazione dell'attività tirosina chinasica del recettore che può andare ad agire su altre proteine substrato. La fosforilazione di queste proteine substrato determina una serie di sistemi di segnalazione intracellulari che hanno a che fare con il metabolismo ma anche con la crescita cellulare. Effetto insulina su metabolismo glicogeno e trasporto glucosio Fra le proteine substrato

Dell'attività tirosin chinasica del recettore dell'insulina vi è IRS-1, che sta per substrato del recettore dell'insulina, e la fosforilazione di questo substrato fa sì che diventi sito di ancoraggio per la fosfoinositolo 3 chinasi, che presenta un dominio in grado di legarsi ai residui di fosfotirosina, questo dominio prende il nome di SH2 ossia regione omologa 2 SARC, dove SARC è un genoma virale che produce il sarcoma nel pollo. La proteina SARC ha attività tirosina chinasica ed è in grado di legarsi, mediante legame SH2, a recettori attivati dai fattori di crescita che hanno anche essi attività tirosina chinasica e poi trasmette, una volta legata, dei segnali di crescita con controllati che portano all'insorgenza del tumore. Questo dominio SH2 è posseduto da proteine che non provocano il tumore ma che hanno attività metabolica, come la fosfoinositolo 3 chinasi, che è in grado di fosforilare un

Il fosfolipide di membrana, il fosfatidilinositolo4,5 bisfosfato, è costituito da uno scheletro centrale di glicerolo.